• 函数的奇偶性周期性习题


    前言

    典例剖析

    例1已知(f(x+1))是周期为2的奇函数,且当(-1leq xleq 0)时,(f(x)=-2x(x+1)),且(f(-cfrac{3}{2}))的值为_______.

    分析:由于函数(f(x+1))是奇函数,故(f(-x+1)=-f(x+1)),即(f(-x+1)+f(x+1)=0)

    故函数(f(x))关于点((1,0))对称,则有(f(x)+f(2-x)=0),即(f(2-x)=-f(x))

    又函数(f(x+1))是周期函数,故(f(x))也是周期为2的周期函数,

    则有(f(2-x)=f(-x)),故(f(-x)=-f(x)),即函数(f(x))为奇函数,

    (f(-cfrac{3}{2})=-f(cfrac{3}{2})=-f(cfrac{3}{2}-2)=-f(-cfrac{1}{2})=2cdot(-cfrac{1}{2})(-cfrac{1}{2}+1)=-cfrac{1}{2})

    例2【2015全国二模】已知(f(x))是定义在R上的奇函数,(f(x+1))是偶函数,且当(xin(2,4))时,(f(x)=|x-3|),则(f(1)+f(2)+f(3)+f(4))=________.

    分析:由函数(f(x+1))是偶函数,得到(f(-x+1)=f(x+1))

    由此得到函数(f(x))关于直线(x=1)对称,故有(f(x)=f(2-x))

    又函数(f(x))还是奇函数,即(f(x)=-f(-x))

    这样得到(f(2-x)=-f(-x)),将(-x)换为(x),于是得到(f(x+2)=-f(x)),即周期为4。

    由于(f(x))是定义在R上的奇函数,则有(f(0)=0=f(4))

    (f(x)=f(2-x))中,令(x=0)得到(f(2)=f(0)=0),容易得到(f(3)=0)

    (f(1)=f(-3)=-f(3)=0),故(f(1)+f(2)+f(3)+f(4)=0).

    例3函数(f(x))是周期为4的偶函数,当(xin[0,2])时,(f(x)=x-1),求不等式(xcdot f(x)>0)([-1,3])上的解集。

    分析:自己作图,读图即可解答,解集为((-1,0)cup(1,3))

    法2:还可以利用周期和对称性求得(f(x))的解析式,

    代入计算,当然这个方法没有图像法直观快捷。

    例4(f(x))是定义在R上且周期为2的函数,在区间([-1,1])上,(f(x)=egin{cases}ax+1,&-1leq x<0\cfrac{bx+2}{x+1},&0leq xleq 1end{cases}),其中(a,bin R),若(f(cfrac{1}{2})=f(cfrac{3}{2})),则求(a+3b)的值。

    分析:本题目容易漏掉的一个条件是(f(-1)=f(1))

    例5已知奇函数(f(x))的定义域是([-2,2]),且在区间([-2,0])上递减,求满足(f(1-m)+f(1-m^2)<0)的实数(m)的取值范围。

    分析:这类题目一般要考虑定义域和单调性,其中单调性的作用是去掉符号(f)

    ①,由定义域可知,(-2leq 1-mleq 2)(-2leq 1-m^2leq 2)

    ②、为去掉符号(f),转化为(f(1-m)<-f(1-m^2)),到此还不能顺利利用单调性,

    其一奇函数和在区间([-2,0])上递减,得到函数(f(x))在区间([-2,2])上递减,

    还需要利用奇函数转化为(f(1-m)<f(m^2-1)),这样就能利用单调性去掉符号(f)了,

    解析:有题目可知(egin{cases}-2leq 1-mleq 2 ①\-2leq 1-m^2leq 2 ②end{cases})

    又函数为奇函数和在区间([-2,0])上递减,得到函数(f(x))在区间([-2,2])上递减,

    (f(1-m)+f(1-m^2)<0)转化为(f(1-m)<-f(1-m^2)=f(m^2-1))

    故有(1-m>m^2-1③),联立①②③得到(min [-1,1))

    例6【2016淄博模拟】设(f(x))(g(x))分别是定义在(R)上的奇函数和偶函数,当(x<0)时,(f'(x)g(x)) (+f(x)g'(x)>0),且(g(-3)=0),则不等式(f(x)g(x)<0)的解集是【】

    $A.(-3,0)cup(3,+infty)$
    $B.(-3,0)cup(0,3)$
    $C.(-infty,-3)cup(3,+infty)$
    $D.(-infty,-3)cup(0,3)$

    法1分析:令(h(x)=f(x)g(x)),则函数(h(x))为奇函数,则(h'(x)=f'(x)g(x)+f(x)g'(x))

    由题目可知,当(x<0)时,(h'(x)>0),即函数(h(x))在区间((-infty,0))上单调递增,

    在区间((0,+infty))上单调递增,又(g(-3)=0),则(h(-3)=f(-3)g(-3)=0)

    故在区间((-infty,-3))(h(x)<0),在区间((-3,0))(h(x)>0)

    (h(0)=0)是单独定义的,又由函数(h(x))为奇函数,

    故在区间((0,3))(h(x)<0)(h(3)=0),在区间((3,+infty))(h(x)>0),

    故不等式(f(x)g(x)<0)的解集即(h(x)<0)的解集为((-infty,-3)cup(0,3))

    反思总结:注意函数(h(x)=f(x)g(x))的零点有三个(x=-3、x=0、x=3)

    本题目容易错误的理解为在((-infty,0))单增,在((0,+infty))单增,在(x=0)处有定义,

    那么在((-infty,+infty))单增,这样函数(h(x))的零点只有一个,这样的理解是错误的。

    只有函数(h(x))(x=0)处左右连续,且(limlimits_{x o 0^+} h(x)=limlimits_{x o 0^-} h(x)=h(0))

    此时的(h(x))才只有一个零点。
      
    法2:由上述解法可知,函数(h(x))((-infty,0))上单调递减,

    ((0,+infty))上单调递增,故由(h(x)<0=h(-3))

    (h(x)<0=h(3))得到,解集为((-infty,-3)cup(0,3))

    例7【2017德州模拟】【单调性+奇偶性】已知函数(f(x))是定义在R上的奇函数,对任意的(x,yin R),(2x+3y eq 0),都有(frac{f(x)+f(frac{3y}{2})}{2x+3y}<0),若(2x+3y>0),则有【】

    $A.f(2x)+f(3y)leq 0$
    $B.f(2x)+f(3y)ge 0$
    $C.f(2x)+f(3y)< 0$
    $D.f(2x)+f(3y) > 0$

    分析:(frac{f(x)+f(frac{3y}{2})}{2x+3y}<0)可以先变形为 (frac{f(x)+f(frac{3y}{2})}{x+frac{3y}{2}}<0),即(frac{f(x)-f(-frac{3y}{2})}{x-(-frac{3y}{2})}<0)

    (x_1=x,x_2=-cfrac{3y}{2}),则(cfrac{f(x_1)-f(x_2)}{x_1-x_2}<0),即函数(f(x))为R上的减函数,

    结合(2x>-3y),可得(f(2x)<f(-3y)=-f(3y)),故有(f(2x)+f(3y)< 0)。故选(C)

    例8【2016(cdot)成都模拟】已知函数(f(x))是定义在(R)上的奇函数,当(x>0)时,(f(x)=1-2^{-x}),则不等式(f(x)<-cfrac{1}{2})的解集是【】

    $A.(-infty,-1)$ $B.(-infty,-1]$ $C.(1,+infty)$ $D.[1,+infty)$

    法1:先求得函数(f(x))的解析式,转化为分段函数不等式求解;

    (x<0)时,则(-x>0),故(f(x)=-f(-x)=-(1-2^x)=-1+2^x)

    故函数(f(x))的解析式为(f(x)=egin{cases}1-2^{-x},&xge 0\-1+2^x,&x<0end{cases}),求(f(x)<-cfrac{1}{2})

    等价转化为(egin{cases}xge0\1-2^{-x}<-cfrac{1}{2}end{cases}),或(egin{cases}x<0\-1+2^x<-cfrac{1}{2}end{cases})

    解得(x<-1),故选(A)

    法2:利用奇函数的对称性求解,由于奇函数的图像关于原点对称,

    (x>0)时,(f(x)=1-2^{-x}>0),而(f(x)<-cfrac{1}{2})的解集和(f(x)>cfrac{1}{2}(x>0)) 的解集关于原点对称,

    故先求解不等式(f(x)>cfrac{1}{2}(x>0))

    得到(1-2^{-x}>cfrac{1}{2}(x>0)),解得(x>1)

    故原不等式(f(x)<-cfrac{1}{2})的解集为(x<-1),故选(A)

    例9已知定义在(R)上的偶函数(f(x)),在(xge 0)时,(f(x)=e^x+ln(x+1)),若(f(a)<f(a-1)),则(a)的取值范围是【】

    $A.(-infty,1)$ $B.(-infty,cfrac{1}{2})$ $C.(cfrac{1}{2},1)$ $D.(1,+infty)$

    分析.根据题中所给的函数解析式,可知函数(y=e^x,y=ln(x+1))([0,+infty))上是增加的,

    故函数(f(x)=e^x+ln(x+1))([0,+infty))上是增加的,

    根据偶函数图像的对称性,可知函数在((-infty,0])上是减少的,

    所以(f(a)<f(a-1))等价于(|a|<|a-1|),两边同时平方去掉绝对值符号,

    解得(a<cfrac{1}{2}),故选(B)

    解后反思:①、本题目如果分类讨论去掉符号(f),就会变得很麻烦。②、遇到两个绝对值符号,通常平方处理。

    例12【2019届高三理科函数的奇偶性周期性课时作业第7题】设函数(f(x)(xin R))满足(f(x+pi)=f(x)+sinx),当(0leq x<pi)时,(f(x)=0),求(f(cfrac{23pi}{6}))的值。

    分析:(f(x+2pi)=f[(x+pi)+pi]=f(x+pi)+sin(x+pi))

    (=[f(x)+sinx]-sinx=f(x)),故(T=2pi)

    (f(cfrac{23pi}{6})=f(pi+cfrac{5pi}{6})=f(cfrac{5pi}{6})+sincfrac{5pi}{6}=0+cfrac{1}{2}=cfrac{1}{2})

    例13【2019届高三理科函数的奇偶性周期性课时作业第13题】设定义在(R)上的函数(f(x))同时满足一下条件:

    (f(x)+f(-x)=0)

    (f(x)=f(x+2))

    ③当(0leq x<1)时,(f(x)=2^x-1)

    (f(cfrac{1}{2})+f(1)+f(cfrac{3}{2})+f(2)+f(cfrac{5}{2}))的值是_________。

    分析:由①知,函数为奇函数,在利用③先做出([0,1))上的图像,

    再利用奇函数,做出((-1,0])上的图像,一个周期基本完成,就差端点值(f(-1))(f(1))的值未确定;

    难点是求(f(1))的值,可以通过以下几个思路求解,

    法1:图像法,假设(f(1)=cfrac{1}{2}),则(f(-1)=-cfrac{1}{2}),奇偶性是说的通的,

    但是周期性不满足,因为向右平移一个周期后,元素(1)对应(cfrac{1}{2}),还对应(-cfrac{1}{2})

    出现了一对多,不是函数了,故只能有(f(1)=0),即也有(f(-1)=0)

    这样在一个周期上奇偶性和周期性都是满足的。

    法2:题中没有明确告诉,但是由①②可知,

    (f(x+2)=-f(-x)),即(f(x+2)+f(-x)=0),即对称中心是((1,0))

    这时要么函数在((1,0))处没有定义,这个不满足题意;

    要么必有(f(1)=0),则(f(-1)=0);其余就好处理了。

    法3:赋值法,由(f(x)+f(-x)=0),令(x=1),得到(f(1)+f(-1)=0)①,

    (x=-1),由(f(x)=f(x+2))得到,(f(-1)=f(1))②,故有(f(1)=f(-1)=0)

    在此基础上,做出函数的大致图像,可知(f(1)=f(2)=f(0)=0)

    (f(cfrac{3}{2})+f(cfrac{5}{2})=0)(f(cfrac{1}{2})=sqrt{2}-1)

    (f(cfrac{1}{2})+f(1)+f(cfrac{3}{2})+f(2)+f(cfrac{5}{2})=sqrt{2}-1)

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